DE3220574A1

DE3220574A1 - STEEL-FREE AXIAL FAN, ESPECIALLY FOR ELECTRICALLY DRIVED MOTOR VEHICLE RADIATOR FANS

Info

Publication number: DE3220574A1
Application number: DE19823220574
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Ing. 8720 Schweinfurt Kirchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1983-12-01
Also published as: ES281172Y; DE3365271D1; JPS58214699A; EP0096255B1; EP0096255A1; ES281172U

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser. ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our. sign

Berlin und München VPA 82 F 3 1 6 3 OEBerlin and Munich VPA 82 F 3 1 6 3 OE

Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene KraftfahrzeufHKühlerventilatoren Axial fan without stator, especially for motor-driven motor vehicle cooling fans

Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a statorless axial fan, in particular for motor vehicle radiator fans driven by an electric motor, according to the preamble of Claim 1.

Axialventilatoren der vorgenannten Art wurden vorwiegend in früheren Zeiten in Kraftfahrzeugen als Kühlerventilatoren verwendet; die Laufräder dieser AxialVentilatoren bestanden aus unverwundenen, leicht gewölbten und mit zwei Sicken versehenen Blechen, die jeweils auf einem sternförmig ausgebildeten Nabenkörper aufgenietet waren. Der konstante Anstellwinkel von unverwundenen Schaufeln eines Axialventilator-Laufrades wird gemäß üblichen Auslegungsrichtlinien im Bereich ß_ * ca. 16°...24° liegen. Derartige Laufräder wurden im Laufe der Zeit weitgehend durch hochwertigere Kunststofflaufräder mit verwundenen Kunststoff-Laufradschaufeln und profilierten Schaufelschnitten abgelöst. Der bei den bekannten, zuvor beschriebenen Axialventilatoren erreichbare Wirkungsgrad y _Lst liegt bei den in einem Kraftfahrzeug gegebenen ungünstigen Einbauverhältnissen mit einem relativ großen Spalt zwischen Laufrad und Leitring und nicht optimal ausgebildeten Leitvorrichtungen bei Werten von maximal 40 96.Axial fans of the aforementioned type were mainly used in motor vehicles as radiator fans in earlier times; The impellers of these axial fans consisted of untwisted, slightly arched metal sheets with two beads, each of which was riveted onto a star-shaped hub body. The constant angle of incidence of untwisted blades of an axial fan impeller will be in the range ß_ * approx. 16 ° ... 24 ° according to the usual design guidelines. Such impellers have been largely replaced over time by higher quality plastic impellers with twisted plastic impeller blades and profiled blade sections. The efficiency y _Lst that can be achieved with the known axial fans described above is a maximum of 40 96 under the unfavorable installation conditions in a motor vehicle with a relatively large gap between the impeller and guide ring and guide devices that are not optimally designed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen von einem Elektromotor angetriebenen Axialventilator zu schaffen, der trotz fertigungstechnisch und konstruktiv einfachen Aufbaus ein geringeres Leistungsgewicht ergibt.The object of the present invention is to provide an axial fan driven by an electric motor create, which results in a lower power-to-weight ratio in spite of the manufacturing and constructional simple structure.

Bk 2 Bin / 27.05.1982Bk 2 Bin / May 27, 1982

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VPA 82 P 3 1 6 3 OEVPA 82 P 3 1 6 3 OE

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Axialventilator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Lehre gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der UnteransprUche. .The task at hand is achieved with an axial fan of the type specified in the preamble of claim 1 or in the preamble of claim 2 according to the invention by the teaching according to the characterizing part of claim 1 or claim 2. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims. .

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter Axialventilator unter Annähme gleich ungünstiger Einbauverhältnisse und gleicher Werkstoffe sowie einer gleichbleibenden Festigkeit mit seinen gegenüber herkömmlichen Laufrädern eine wesentlich geringere Oberfläche aufweisenden und auf einfache Weise gleichzeitig mit der Laufradnabe, insbesondere als einstückiges Kunststoff-Spritzgußteil,herstellbaren Schaufeln bei einer Gewichtsverminderung von 30 - 40 % eine Erhöhung des Laufradwirkungsgrades^Tg^ auf 45 96 ermöglicht.It has surprisingly been shown that an axial fan designed according to the invention, assuming the same unfavorable installation conditions and the same materials as well as a constant strength, has a significantly smaller surface area than conventional impellers and, in a simple manner, simultaneously with the impeller hub, in particular as a one-piece plastic injection-molded part , manufacturable blades with a weight reduction of 30 - 40 % an increase of the impeller efficiency ^ Tg ^ to 45 96 possible.

Die Kombination zwischen geringem Gewicht und gleichzeitig guter Festigkeit läßt sich dann noch weiter verbessern, wenn jeweils für den Konstruktionsparameter Djj (Nabendurchmesser) ein Wert gewählt wird, der im Bereich O,3...O,4 D₂ liegt, wobei D« den Wert des gewählten Außendurchmessers des Laufrades darstellt.The combination of low weight and, at the same time, good strength can be further improved if a value is selected for the design parameter Djj (hub diameter) which lies in the range 0.3 ... 0.4 D ₂ , where D «den Represents the value of the selected outer diameter of the impeller.

Bei einem aus Kunststoff gespritzten Laufrad werden im Sinne vorliegender Erfindung zweckmäßigerweise für die Konstruktionsparameter d^o- (größte Schaufeldicke an der Vorderkante der Schaufel)bzw. d_min (größte Schaufeldicke an der Hinterkante der Schaufel) jeweils ein Wert aus folgendem Bereich gewählt: d_maxas0,01 D₂; d^^1 /2 \μ^· In the case of an impeller injection-molded from plastic, within the meaning of the present invention, it is expedient for the design parameters d ^ o- (greatest blade thickness at the leading edge of the blade) or. d _min (greatest blade thickness at the rear edge of the blade) a value selected in each case from the following range: d _max as0.01 D ₂ ; d ^^ 1/2 \ μ ^ ·

Das gesamte Leistungsgewicht des Axialventilators läßt sich dadurch noch weiter in vorteilhafter Weise mindern, daß bei einer topfförmigen Nabe des Laufrades innerhalb dieser Nabe radial verlaufende Rippen und jeweils zwischenThe total power to weight ratio of the axial fan thereby further reduce in an advantageous manner that with a cup-shaped hub of the impeller within this hub radially extending ribs and each between

" °V VPA 82 P 3 1 6 3 DE " ° V VPA 82 P 3 1 6 3 DE

den radial inneren Enden der Rippen in der Stirnseite der topfförmigen Nabe Lüftungsöffnungen vorgesehen sind, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad durch die LüftungsÖffnungen angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen in radialer Richtung beschleunigt und an der Innenseite der zylindrischen Wandung der topfförmigen Nabe axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors umgelenkt ist. Zweckmäßigerweise werden diese Rippen ebenfalls einstückig mit dem übrigen Teil des Laufrades als Spritzgußteil mit nur in einer Richtung ziehbaren Formteilen hergestellt; ein derartiges Laufrad trägt sowohl durch seine /"·*·· vorteilhafte Schaufelkonstruktion als auch durch seine kühlungstechnische zweckmäßige Nabenkonstruktion zu dem einheitlichen Erfolg eines geringen Leistungsgewichtes des Axialventilators bei.the radially inner ends of the ribs in the face of the cup-shaped hub ventilation openings are provided in such a way that an air flow sucked in by the driven impeller through the ventilation openings in the area of the Ribs accelerated in the radial direction and on the inside of the cylindrical wall of the cup-shaped hub is deflected axially against the surface of the drive motor. Appropriately, these ribs are also made in one piece manufactured with the remaining part of the impeller as an injection-molded part with molded parts that can only be drawn in one direction; Such an impeller carries through its / "· * ·· advantageous blade construction as well as through its Cooling-technical appropriate hub construction for the uniform success of a low power-to-weight ratio of the axial fan.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
20The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Show in it:
20th

Fig. 1 eine Seitenansicht des Axialventilators mit im Schnitt dargestellten Laufrad gemäß Schnittverlauf I-I in Fig. 2,Fig. 1 is a side view of the axial fan with im Section shown impeller according to section I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine stirnseitige Draufsicht auf das Laufrad,Fig. 2 is a front plan view of the impeller,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Laufrades gemäß Fig. 2 mit geschnittener Laufradschaufel gemäß Schnittverlauf III-III,3 shows a side view of the impeller according to FIG. 2 with a cut impeller blade according to section III-III,

Fig. 1 zeigt einen elektrischen Antriebsmotor 1 eines Axialventilators, auf dessen freiem Wellenende 11 ein Laufrad 2 fest montiert ist. Der gesamte Axialventilator ist z.B. mittels Schrauben 3 und über drei am Gehäuse des Antriebsmotors 1 befestigte Haltewinkel 4 in einer hier nicht dargestellten Leitvorrichtung eines Kraftfahrzeuges gehalten.Fig. 1 shows an electric drive motor 1 of an axial fan, on the free shaft end 11 a Impeller 2 is firmly mounted. The entire axial fan is attached to the housing of the Drive motor 1 fastened bracket 4 in one here not shown guide device of a motor vehicle held.

VPA 82 P 3 1 6 3 OEVPA 82 P 3 1 6 3 OE

Das Laufrad 2 weist eine auf dem Wellenende 11 des Antriebsmotors 1 befestigte topfförmige Nabe 21 mit einer Stirnfläche 212 und einer zylindrischen Wandung 211 auf; an der Außenseite der zylindrischen Wandung 211 sind sternförmig angeordnet und am Umfang gleichmäßig verteilt fünf Schaufeln 22 einstückig mitangeformt. Innerhalb der topfförmigen Nabe 21 sind weiterhin, ebenfalls am Umfang gleichmäßig verteilt, radial abstehende Rippen 214 einstückig mitangeformt. Jeweils zwischen den radialen inneren Enden der Rippen 214 sind in der Stirnseite 212 der topfförmigen Nabe 21 LUftungsöffnungen 213 vorgesehen, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad 2 angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen 214 in radialer Richtung beschleunigt und dann an der Innenseite der zylindrischen Wandung 211 der topfförmigen Nabe 21 axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors 1 umgelenkt wird. Die innerhalb der Nabe 21 des Laufrades 2 angeformten Rippen 214 verhalten sich zusammen mit den Lüftungsöffnungen 213 in der Stirnseite 211 der Nabe 21 wie ein Radialventilator. In diesem Sinne ist insbesondere darauf zu achten, daß die Lüftungsöffnungen 213 unter Berücksichtigung von optimalen konstruktiven und festigkeitsbedingten Gesichtspunkten einerseits und strömungsgünstiger Auslegung andererseits zusammen mit den inneren Enden der Rippen 214 möglichst nahe an das Motorwellenende 11 gelegt sind.The impeller 2 has a cup-shaped hub 21 fastened to the shaft end 11 of the drive motor 1 with a End face 212 and a cylindrical wall 211; on the outside of the cylindrical wall 211 are arranged in a star shape and are evenly distributed around the circumference five blades 22 formed in one piece. Within the cup-shaped hub 21 are also, also evenly distributed on the circumference, radially protruding ribs 214 in one piece molded. In each case between the radial inner ends of the ribs 214 are in the end face 212 the cup-shaped hub 21 ventilation openings 213 provided, such that an air flow sucked in by the driven impeller 2 in the region of the ribs 214 in the radial direction accelerated and then on the inside of the cylindrical Wall 211 of the cup-shaped hub 21 is deflected axially against the surface of the drive motor 1. the Ribs 214 formed inside the hub 21 of the impeller 2 behave together with the ventilation openings 213 in the end face 211 of the hub 21 like a radial fan. In this sense, it is particularly important to ensure that the ventilation openings 213, taking into account optimal structural and strength-related aspects on the one hand and a streamlined design on the other hand together with the inner ends of the ribs 214 are placed as close as possible to the motor shaft end 11.

Das Laufrad 2 ist durch folgende Konstruktionsparameter bestimmt:The impeller 2 is determined by the following design parameters:

11 SOSO - 0,15- 0.15 ...O...O ,18, 18 ^D2 ^D 2 22 ^DN ^D N ^ßs ^ß s « 0,3.«0.3. ..O,..O, 4 D4 D s 0,01s 0.01 ^D2 ^D 2 < 1/2<1/2 ^dmax ^d max ^D2 ^D 2 ^Rsu ^R see below * 0,35* 0.35 ...O...O ,45, 45 RR. ■ R■ R + d+ d SU
- 16⁸.SU
- 16 ⁸ . mm axax ..24..24 OO

VPA 82 P 3 163 OEVPA 82 P 3 163 OE

dabei bedeuten:mean:

SUSU

Außendurchmesser des Laufrades, Abstandslänge zwischen vorderer und hinterer Schaufelkante,Outside diameter of the impeller, distance between front and rear Blade edge,

Nabendurchmesser des Laufrades, größte Schaufeldicke,Hub diameter of the impeller, largest blade thickness,

kleinste Schaufeldicke,smallest blade thickness,

Krümmungsradius an der Schaufelunterseite,Radius of curvature on the underside of the blade,

R__rt * Krümmungsradius an der Schaufeloberseite,R_ _rt * radius of curvature at the top of the blade,

SOSO

ß_ * Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen ümfangss ß_ * angle of attack of the blade profile, against circumference

richtung gemessen.direction measured.

Liegen die Konstruktionsparameter eines Laufrades jeweils in dem vorgenannten Bereich, se stellt sich trotz einfachster Bauweise die erstrebte Wirkungsgradverbesserung ein.If the design parameters of an impeller are in the above-mentioned range, it arises despite the simplest The desired improvement in efficiency.

B_ei der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Axialventilators kann für ein bestimmtes Laufrad unter Beachtung der für die jeweiligen Konstruktionsparameter angegebenen Bereiche z.B. von einem gewählten Außendurchmesser Dp des Laufrades ausgehend zunächst die Schaufellänge 1 bestimmt werden; unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Parameterwertes für den konstanten Anstellwinkel ß_ können dann die Kreisbögen R Und Rj| für die Krümmungsradien der Schaufelunterseite bzw* der Söhäufeloberseite unter Berücksichtigung der maximalen und minimalen Wanddicke der Schaufel (^_0x bzw. A_n^_n) ,festgelegt werden. Die derart mit Hilfe der beiden Kreisbo£«nlinien festgelegten Schaufeln sind dann lediglich im Bereich der vorderen Kante bzw. der hinteren Kante im übergang zwischen unterem und oberem Krümmungsradius von den zuvw^beschriebenen Kreisbogenlinien abweichend, jedoch an diese verlaufend angepaßt,abzurunden.B _e i of the construction of an axial fan according to the invention of the specified design parameters for the respective areas, for example, first, the blade length 1 can be determined for a given impeller in compliance with a selected outside diameter Dp of the impeller starting; taking into account the proposed parameter value for the constant angle of attack ß_, the arcs R and Rj | for the radii of curvature of the blade underside or the top side of the Söhäufel, taking into account the maximum and minimum wall thickness of the blade (^ _0x or A _n ^ _n ). The blades thus determined with the help of the two circular curve lines are then only rounded off in the region of the front edge or the rear edge in the transition between the lower and upper radius of curvature, deviating from the circular arc lines described above, but adapted to run along them.

5 Patentansprüche
3 Figuren5 claims
3 figures

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Claims

» ♦ «A VPA 82 P 3 1 6 3 DE Patentansprüche»♦« A VPA 82 P 3 1 6 3 DE claims

1. Leitradloser Axialventilator, Insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kateftfahrzeug-Kühlerventllatoren, mit einem auf einem Wellenende eines Aatri©bsmotors angeordnetem Laufrad mit auf dem Umfang seiner Nabe sternförmig angeordneten unverwundenen Schaufeln mit entsprechend konstantem Anstellwinkel ß_ » ca. 16°...24° des Schaufelprofils, gekennzeichnet durch folgende weiteren Konstruktionsparameter:1. Statorless axial fan, especially for electromotive powered vehicle cooling fans, with one arranged on a shaft end of an Aatri © bsmotors Impeller with non-twisted blades arranged in a star shape on the circumference of its hub with correspondingly constant angle of attack ß_ »approx. 16 ° ... 24 ° des Blade profile, characterized by the following further construction parameters:

11 » O"O ,15., 15. ..0,180.18 ^D2 ^D 2 ^Rsu ^R see below » O"O ,35., 35. ..0,450.45 ^D2 ^D 2 ^Rso ^R so - R- R SU ⁺ SU ⁺ nmaxnmax

dabei bedeuten:mean:

Dp = Außendurchmesser des Laufrades, 1 ■ Abstandslänge zwischen vorderer und hintererDp = outer diameter of the impeller, 1 ■ Distance between front and rear

Schaufelkante,
&_mov ^β größte Schaufeldicke (an abgerundeter Vorderkante der Schaufel),'
R_„ β KrUerongsradius an der Schaufelunterseite, R₃₀ » Krümmungsradius an der Schaufeloberseite,Blade edge,
& _mov ^β largest blade thickness (at the rounded leading edge of the blade), '
R_ "β radius of curvature on the underside of the blade, R ₃₀ » radius of curvature on the upper side of the blade,

"*""""*■ ß_ » Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen tfefangs-"*" "" "* ■ ß_» angle of attack of the blade profile, against tfefangs-

richtung gemessen.direction measured.

2. Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Rühlerventilatoren, mit einem auf einem Wellenende des Antriebraotors angeordnetem Laufrad mit auf dem Umfang seiner topfförmigausgebildeten Nabe sternförmig angeordneten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der topfförmigeh Nabe (21) des Laufrades radial verlaufende Rippen (214) und jeweils zwischen den radial inneren Enden der Rippen (214) in der Stirnseite (212) der topfförmigen Nabe (21) Lüftungsöffnungen (213) vorgesehen2. Statorless axial fan, in particular for motor vehicle Rühlerventilatoren driven by an electric motor, with an impeller arranged on one shaft end of the drive rotor with blades arranged in a star shape on the circumference of its cup-shaped hub, characterized in that within the cup-shaped hub (21) of the impeller radially extending ribs ( 214) and ventilation openings (213) are provided between the radially inner ends of the ribs (214) in the end face (212) of the cup-shaped hub (21)

• ·* VPA 82 P3 163 0E• · * VPA 82 P3 163 0E

sind, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad (2) durch die Lüftungsöffnungen (213) angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen (214) in radialer Richtung beschleunigt und an der Innenseite der zylindrischen Wandung (211) der topffb'rmigen Nabe (21) axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors (1) umgelenkt ist.are in such a way that an air flow sucked in by the driven impeller (2) through the ventilation openings (213) accelerated in the radial direction in the area of the ribs (214) and on the inside of the cylindrical wall (211) of the cup-shaped hub (21) is deflected axially against the surface of the drive motor (1).

3. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Konstruktionsparameter:3. statorless axial fan according to claim 1 or 2, characterized by the following further Construction parameters:

D_n - 0,3...0,4 D₂ D _n - 0.3 ... 0.4 D ₂

dabei bedeuten:mean:

Djj « Nabendurchmesser des Laufrades, Dg « Außendurchmesser des Laufrades.Djj «hub diameter of the impeller, Dg «outer diameter of the impeller.

4. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche4. Statorless axial fan according to one of the claims

1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende weiteren Konstruktionsparameter:1 to 3, characterized by the following additional construction parameters:

⁴IHaX*⁰'^{01 D}2 ^bzw' 'W=¹'² «W dabei bedeuten: ⁴ IHaX * ⁰ ^{'01 D} 2 ^or ''W = ¹ ' ² «W mean:

Dp * Außendurchmesser des Laufrades, d-oir " größte Schaufeldicke (an Vorderkante der Schaufel), 0^_1n · kleinste Schaufeldicke (an Hinterkante der Schaufel)Dp * outer diameter of the impeller, d-oir "largest blade thickness (at the front edge of the blade), 0 ^ _1n · smallest blade thickness (at the rear edge of the blade)

5. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (2) aus einem einstückigen, nur mit in einer Entformungsrichtung ziehbaren Formteilen herstellbaren Kunststoff-Spritzgußteil besteht.5. Statorless axial fan according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the impeller (2) consists of a one-piece molded parts that can only be drawn in one demolding direction manufacturable plastic injection molded part consists.